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空分設(shè)備是以空氣為原料，通過壓縮循環(huán)深度冷凍的方法把空氣變成液態(tài)，再經(jīng)過精餾而從液態(tài)空氣中逐步分離生產(chǎn)出氧氣、氮?dú)饧皻鍤獾榷栊詺怏w的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的冶金、新型煤化工、大型氮肥、專業(yè)氣體供應(yīng)等領(lǐng)域。

高效節(jié)能是空分設(shè)備運(yùn)行的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，北京科技大學(xué)教授李化治在“對(duì)空分高效分子篩的應(yīng)用及相關(guān)設(shè)計(jì)問題的探討”報(bào)告中指出，鑒于當(dāng)今環(huán)境污染，大氣條件惡化對(duì)空分的新要求，其高效吸附劑的研制和應(yīng)用是根本應(yīng)對(duì)的辦法，無論是空分舊設(shè)備的節(jié)能改造及新空分的設(shè)計(jì)制造，高效分子篩的應(yīng)用都刻不容緩。目前我國(guó)在大型空分設(shè)備的整體國(guó)產(chǎn)化上與世界水平還有差距。

有所突破

我國(guó)大中型空分設(shè)備的設(shè)計(jì)制造迄今已有60多年的歷史，走過仿制、引進(jìn)技術(shù)、自主研發(fā)三個(gè)階段：

第一階段為上世紀(jì)改革開放前，在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的指令下，走過了仿制俄羅斯空分機(jī)型的蓄冷器切換流程、鋁帶式蓄冷器切換式流程、板翅式換熱器切換流程空分設(shè)備等階段，主要產(chǎn)品等級(jí)為1000、3350、6000m3/h空分設(shè)備。當(dāng)時(shí)的設(shè)備存在著產(chǎn)品產(chǎn)量、純度達(dá)標(biāo)難、能耗高、可靠性差的各種不足。

第二階段為上世紀(jì)80年代，我國(guó)引進(jìn)了德國(guó)林德公司的大型空分設(shè)備設(shè)計(jì)制造技術(shù)，使我國(guó)的中大型空分設(shè)備設(shè)計(jì)制造水平迅速提高，空分流程進(jìn)步到分子篩吸附的全低壓流程。這一時(shí)期空分設(shè)備等級(jí)主要為6000、10000m3/h，其用戶為冶金工業(yè)企業(yè)居多。

第三階段上世紀(jì)90年代后，以杭氧為代表的我國(guó)空分設(shè)備制造業(yè)在消化吸收引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)了新一代的帶增壓透平膨脹機(jī)分子篩吸附、規(guī)整填料精餾塔技術(shù)流程空分設(shè)備。國(guó)內(nèi)企業(yè)突破了流程組織、流程計(jì)算、精餾計(jì)算等空分設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)的難關(guān)，掌握了空分設(shè)備設(shè)計(jì)制造的全部技術(shù)要領(lǐng)，并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，使國(guó)產(chǎn)空分設(shè)備的產(chǎn)量、純度、氧提取率、單位氧能耗等技術(shù)參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到了世界一流水平。國(guó)產(chǎn)空分產(chǎn)品更大規(guī)格從10000m3/h，上升到了15000m3/h。這一期間，林德、液空等國(guó)際大牌企業(yè)看好中國(guó)的大型空分設(shè)備市場(chǎng)，在國(guó)內(nèi)建合資或獨(dú)資公司，并向市場(chǎng)推出20000m3/h及以上規(guī)格的大型空分設(shè)備，而后又推出60000等級(jí)以上規(guī)格的大型空分設(shè)備。

2000年以后，隨著我國(guó)冶金、石化、煤化工等產(chǎn)業(yè)對(duì)大型、特大型空分設(shè)備需求的迅速增長(zhǎng)，促進(jìn)了我國(guó)空分設(shè)備行業(yè)的快速發(fā)展，以杭氧、川空、開封空分等為代表的一大批民族空分設(shè)備制造企業(yè)緊跟世界空分技術(shù)發(fā)展的步伐，通過自主創(chuàng)新、自主研發(fā)，開發(fā)了適應(yīng)冶金、石化、新型煤化工需要的不同內(nèi)壓縮流程的大型空分設(shè)備。設(shè)備更大規(guī)格迅速地從20000m3/h提高到了30000、40000、50000、60000m3/h，又從60000等級(jí)上升到了8～12萬等級(jí)，滿足了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，國(guó)產(chǎn)大型空分設(shè)備發(fā)展過程取得的階段性成果。

仍有差距

經(jīng)過幾十年的沉淀，國(guó)產(chǎn)大型、特大型空分設(shè)備在容量規(guī)格不斷增大的過程中，并經(jīng)上百套大型空分設(shè)備的實(shí)踐，設(shè)計(jì)制造水平也取得很大的進(jìn)步。杭氧流程掌握了空分流程組織、流程計(jì)算、精餾計(jì)算、精細(xì)制造、安全評(píng)估等空分設(shè)備設(shè)計(jì)制造技術(shù)，在配套部機(jī)基本相同的情況下，國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)、制造、成套的大型、特大型空分設(shè)備的產(chǎn)品產(chǎn)量、純度、品種、達(dá)到壓力、氧提取率、能耗、運(yùn)行周期等技術(shù)性能指標(biāo)，已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際一流水平，與外資企業(yè)的產(chǎn)品勢(shì)均力敵。以致于外資品牌產(chǎn)品成套價(jià)格也大幅度地下降，與國(guó)產(chǎn)設(shè)備處在同一水平線上。但是同國(guó)外先進(jìn)水平相較仍有差距。

空分配套的大型壓縮機(jī)組及增壓機(jī)是空分設(shè)備中關(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)部機(jī)，占大型、特大型空分設(shè)備投資額的40%左右，其效率高低直接影響成套空分設(shè)備的效率與能耗，國(guó)產(chǎn)大型空壓機(jī)、增壓機(jī)組與曼透平、西門子公司的機(jī)器尚存在一定的差距，且國(guó)產(chǎn)機(jī)業(yè)績(jī)不多，無法取得成套廠商和廣大用戶的認(rèn)可，這也是大型、特大型空分國(guó)產(chǎn)化率不高的關(guān)鍵。空分配套的透平膨脹機(jī)、低溫液體泵也存在與壓縮機(jī)一樣的窘境。

國(guó)產(chǎn)空分設(shè)備成套和配套部機(jī)在整體技術(shù)水平能達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品水平，但國(guó)產(chǎn)設(shè)備往往存在可靠性不高的問題。設(shè)計(jì)、制造過程中的精細(xì)化管理不夠，各種小錯(cuò)誤不斷，從而使小問題釀成大問題，這也是用戶在同等條件下選擇進(jìn)口的主要因素。另外，總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、管道布置等的考慮上，存在粗、大、笨，既浪費(fèi)材料又不美觀的通病。

從空氣過濾器到壓縮機(jī)、增壓機(jī)、換熱器、容器、泵、閥，各種管材、板材、吸附劑、儀器儀表，需要各行各業(yè)眾多單位的配合協(xié)調(diào)，針對(duì)空分設(shè)備所需的特別低溫環(huán)境下和氧介質(zhì)環(huán)境下的特殊配套，專門設(shè)計(jì)、專業(yè)制造。國(guó)內(nèi)未形成系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈，特別是在大型、特大型空分的開發(fā)上，許多環(huán)節(jié)缺乏，造成只能依賴進(jìn)口或無法滿足成套性能的要求。

趨勢(shì)自主

氣體分離設(shè)備行業(yè)中在經(jīng)歷了高速發(fā)展階段，進(jìn)入了“新常態(tài)”的發(fā)展期，需求在萎縮，但空分設(shè)備是國(guó)家重大裝備的組成部分，大工業(yè)的發(fā)展離不開空分設(shè)備，空分設(shè)備大型化、特大型化、機(jī)組集群化成為一種趨勢(shì)。特大型化的空分設(shè)備可以直接減少大型冶金、化工項(xiàng)目的空分設(shè)備臺(tái)數(shù)，進(jìn)而減少設(shè)備投資、設(shè)備用地和設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)的人工工作量，空分設(shè)備大型化與機(jī)組集群化，有利于設(shè)備的統(tǒng)一管理，但同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)布置優(yōu)化提出更高的要求。

空分流程的多樣化也是大型空分設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)之一。由于隨著工業(yè)工藝發(fā)展，特別是煤化工領(lǐng)域中空分設(shè)備，用戶對(duì)空分產(chǎn)品的純度、壓力、時(shí)長(zhǎng)等規(guī)格，如：煤化工中各種工藝流程不同，對(duì)氣體產(chǎn)品的需求品種就不一樣，又因不同的氣化爐的類型、規(guī)格，對(duì)氣體產(chǎn)品要求又不一樣，有高壓氧、中壓氧、高壓氮、中壓氮、低壓氮、儀表空氣、液氧、液氮等多種規(guī)格，而且用氣量變化也很大，這就對(duì)空分設(shè)備流程設(shè)計(jì)、運(yùn)行提出更高要求，將要求空分設(shè)備廠商，以工藝包模式，對(duì)各類流程實(shí)現(xiàn)整體開發(fā)。此外，開發(fā)IGCC等空分新應(yīng)用領(lǐng)域的流程、大型空分稀有氣體全提取流程、混合塔制取低純度氧的流程、超高純氧、氮提取流程等也是大型空分發(fā)展趨勢(shì)之一。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，工業(yè)4.0體系日趨成熟，充分運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控，建立遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)收集大型空分設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并進(jìn)入大數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行自動(dòng)故障診斷，為用戶提出優(yōu)化操作建議，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。

在一些用戶企業(yè)中，尤其是鋼鐵企業(yè)中，存在著用氧不均衡的狀況，而空分設(shè)備生產(chǎn)又是必須連續(xù)性運(yùn)行的，因此就造成了鋼廠用氧量減小時(shí)，大量的氧氣被放空，遭成能源的巨大浪費(fèi)。特別是在隨著空分的超大型化，空分設(shè)備的設(shè)計(jì)能力與供求量之間矛盾更為突出。同時(shí)，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，企業(yè)對(duì)成本的控制越來越嚴(yán)，而降低氧氣放散率成為了降低制氧成本的關(guān)鍵?？辗衷O(shè)備的智能化，自動(dòng)變負(fù)荷技術(shù)的推廣應(yīng)用成為大型空分設(shè)備發(fā)展的必然趨勢(shì)。

空分設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造的精細(xì)化是大型空分設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。空分設(shè)備技術(shù)已發(fā)展到了一定的水平，進(jìn)一步提高與發(fā)展的空間有限，因此提高大型空分設(shè)備設(shè)計(jì)的精確化，制造的精細(xì)化程度，是大型空分設(shè)備發(fā)展關(guān)鍵。另外，大型、特大型空分設(shè)備在大型工業(yè)化中的重要性，也決定了大型空分設(shè)備越來越要求精制。

在大型、特大型空分設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的同時(shí)，帶動(dòng)相關(guān)機(jī)組、配套部機(jī)、配套元器件的國(guó)產(chǎn)化，如：開發(fā)低阻高效高壓板式換熱器，承壓可達(dá)12.5MPaA以上，強(qiáng)化翅片的換熱效果和承壓能力;開發(fā)高效節(jié)能的主冷凝蒸發(fā)器，在保證安全的情況下盡可能降低液位溫差，保證能耗更優(yōu);開發(fā)低溫關(guān)鍵配套閥門，滿足各種工況下開關(guān)及調(diào)節(jié)要求;開發(fā)透平膨脹機(jī)及全液體高壓膨脹機(jī)，提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率，適應(yīng)各類流程;開發(fā)全系列高效產(chǎn)品壓縮機(jī)，提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率，適應(yīng)各類流程。

通過與風(fēng)機(jī)、泵閥等行業(yè)共同研發(fā)，形成國(guó)產(chǎn)空分設(shè)備的產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)一步提高大型、特大型空分設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率，其中：60000m3/h等級(jí)及以下成套空分設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率從現(xiàn)在的50%～70%提高到80%以上，主要是配套空壓機(jī)、增壓機(jī)的效率與可靠性提高，實(shí)現(xiàn)真正的國(guó)產(chǎn)化;60000m3/h以上等級(jí)成套空分設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率從現(xiàn)在的35%提高到60%以上。

《中國(guó)制造2025》提出了通過“三步走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)：第一步，到2025年邁入制造強(qiáng)國(guó)行列;第二步，到2035年中國(guó)制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國(guó)陣營(yíng)中等水平;第三步，到新中國(guó)成立一百年時(shí)，綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國(guó)前列?，F(xiàn)階段我國(guó)大型、特大型空分設(shè)備國(guó)產(chǎn)化制造水平已通過自身的努力實(shí)現(xiàn)邁入了制造強(qiáng)國(guó)的行列，因此今后10年中，應(yīng)努力實(shí)現(xiàn)大型、特大型空分設(shè)備成套設(shè)計(jì)制造及關(guān)鍵配套機(jī)組達(dá)到世界先進(jìn)水平，整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國(guó)中等水平。

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